低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗轻度创伤性膝骨关节炎：疼痛与功能的差异

doi:10.12307/2021.105

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (26): 4101-4105.doi: 10.12307/2021.105

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低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗轻度创伤性膝骨关节炎：疼痛与功能的差异

岳恒1，甄平2，梁小弟1

1兰州大学第二医院定西医院骨科，甘肃省定西市 743000；2解放军联勤保障部队940医院关节外科，甘肃省兰州市 730050

收稿日期:2020-06-15 修回日期:2020-06-19 接受日期:2020-08-26 出版日期:2021-09-18 发布日期:2021-04-19
通讯作者: 甄平，博士，主任医师，教授，解放军联勤保障部队940医院关节外科，甘肃省兰州市 730050
作者简介:岳恒，男，1975年生，甘肃省定西市人，汉族，副主任医师，主要从事骨质疏松、骨关节炎等骨科疾病研究。

Low-intensity focused ultrasound and low-intensity pulsed ultrasound for mild traumatic knee osteoarthritis: differences in pain and function

Yue Heng1, Zhen Ping2, Liang Xiaodi1

1Department of Orthopedics, Dingxi Hospital, Second Hospital of Lanzhou University, Dingxi 743000, Gansu Province, China; 2Department of Joint Surgery, the Joint Logistic Support Troop 940 Hospital, Lanzhou 730050, Gansu Province, China

Received:2020-06-15 Revised:2020-06-19 Accepted:2020-08-26 Online:2021-09-18 Published:2021-04-19
Contact: Zhen Ping, MD, Chief physician, Professor, Department of Joint Surgery, the Joint Logistic Support Troop 940 Hospital, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
About author:Yue Heng, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Dingxi Hospital, Second Hospital of Lanzhou University, Dingxi 743000, Gansu Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
创伤性膝骨关节炎：是由创伤引起的以关节软骨的退化变性和继发软骨增生、骨化为主要病理变化，以关节疼痛、活动功能障碍为主要临床表现的疾病。
西安大略和麦克马斯特大学骨性关节炎指数：是由美国风湿性关节炎临床研究组创建并推荐的一种测量工具，在国内广泛用于评价膝关节炎的临床疗效，包含5个疼痛项目、2个僵硬项目以及17个功能项目。

背景：目前的研究显示聚焦超声与脉冲超声都能有效改善创伤性膝关节炎的病理损伤，但是2种疗法是否存在差异，尚不明确。
目的：比较低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗轻度创伤性膝骨关节炎的差异。
方法：回顾性收集以低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗轻度创伤性膝骨关节炎的患者各30例。两组患者在药物治疗的基础上，分别以低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗8周。治疗前以及治疗结束后当天、3个月时，目测类比评分评估疼痛情况，西安大略和麦克马斯特大学骨性关节炎指数(WOMAC)评估患侧膝关节功能，ELISA试剂盒检测血清白细胞介素1β、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平。
结果与结论：与治疗前相比，低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗后，患者目测类比评分、西安大略和麦克马斯特大学骨性关节炎指数以及血清炎症因子白细胞介素1β、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平均出现明显下降(P < 0.05)，且治疗效果至少保留3个月。与脉冲超声组相比，聚焦超声组目测类比评分、西安大略和麦克马斯特大学骨性关节炎指数、血清白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平较低。结果提示低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗均能有效治疗轻度创伤性膝骨关节炎，且低强度聚焦超声的治疗效果更为显著。

https://orcid.org/0000-0002-2724-4385 (岳恒)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 膝关节炎, 聚焦超声, 脉冲超声, 超声强度, 疼痛, 炎性因子, 关节功能

Abstract:

BACKGROUND: Current studies have shown that both focused and pulsed ultrasound can effectively improve the pathological performance of traumatic knee osteoarthritis, but it is not clear whether there is a difference between the two therapies.

OBJECTIVE: To compare low-intensity focused ultrasound and low-intensity pulsed ultrasound in the treatment of mild traumatic knee osteoarthritis.
METHODS: A retrospective study was conducted in 60 mild traumatic knee osteoarthritis patients treated with low-intensity focused ultrasound (n=30) or low-intensity pulsed ultrasound (n=30). Patients in both groups received drug treatments combined with low-intensity pulsed ultrasound or low-intensity focused ultrasound for 8 weeks. Assessments and measurements were conducted before treatment, on the day after treatment, and 3 months after treatment, including Visual Analogue Scale for assessing pain, the Western Ontario and McMaster University (WOMAC) Osteoarthritis Index for assessing joint function of the affected knee, and ELISA kits for detecting serum levels of interleukin-1β, interleukin-6 and tumor necrosis factor α.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with pre-treatment data, the Visual Analog Scale score, WOMAC score, and serum inflammatory factor levels were significantly decreased after treatment with low-intensity focused ultrasound and low-intensity pulsed ultrasound (P < 0.05). This therapeutic effect lasted for at least 3 months. Low-intensity focused ultrasound induced lower Visual Analogue Scale score, WOMAC score, and serum levels of interleukin-6 and tumor necrosis factor α as compared to the low-intensity focused ultrasound. It is suggested that both low-intensity focused ultrasound and low-intensity pulsed ultrasound can effectively treat mild traumatic knee osteoarthritis, and the low-intensity focused ultrasound has a better outcome than the low-intensity pulsed ultrasound.

Key words: knee osteoarthritis, focused ultrasound, pulsed ultrasound, ultrasound intensity, pain, inflammatory factors, joint function

中图分类号:

岳恒, 甄平, 梁小弟. 低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗轻度创伤性膝骨关节炎：疼痛与功能的差异[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(26): 4101-4105.

Yue Heng, Zhen Ping, Liang Xiaodi. Low-intensity focused ultrasound and low-intensity pulsed ultrasound for mild traumatic knee osteoarthritis: differences in pain and function[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(26): 4101-4105.

图/表（结果） 5

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引言

创伤性膝关节炎是一种由于外力损伤膝关节诱发的关节软骨退行性和继发性损伤，常在膝关节骨折或关节不稳定后出现，在中老年人群中发病率较高[1-3]，并呈现年轻化趋势。创伤性膝骨关节炎的主要临床症状为膝关节疼痛和僵硬，严重者还会出现关节畸形、下肢运动功能障碍等[4]。目前主要通过手术、自体软骨/细胞移植、保守治疗、药物干预等方法进行治疗。非类固醇抗炎药会刺激肠胃、肾脏、肝脏等；可的松可引起心率和血糖升高，不能长期使用；手术则存在感染、破坏膝关节周围结构以及植入物磨损或松弛等风险，因而还需要探索一种更为安全的治疗方法[5-6]。
从1952年起，超声即开始用于骨关节炎的治疗。超声是一种机械波，可引发不同结构层次上的多种生物效应，如机械效应、温热效应及空化效应等，其中低强度脉冲超声是一种利用超声波的机械效应，促进软骨形成以及软骨骨化以及Ⅱ型胶原分泌，以达到修复关节软骨损伤促进骨折愈合的技术，并且相对于传统技术其热效应极低。由于传统的非聚焦超声穿透能力差，并在传播过程中能量发生衰减，不能将所有的能量作用于关节软骨[7-8]。谭显春等[9]研究发现，在口服双氯芬酸钠的基础之上给予低强度超声，可有效缓解膝骨关节炎患者疼痛，并改善其关节功能。成逸等[10]也证实低强度脉冲超声有类似效果，可有效缓解膝骨关节炎患者的相关症状，提高日常生活能力。目前也出现了一种较为新颖的超声技术，即低强度聚焦超声，其穿透能力更强，能量衰减更小，被认为能将足够的能量作用于发生退变的软骨及细胞中[11-13]。JIA等[12]认为其在治疗膝骨关节炎方面是一种安全有效的方法，可明显减轻患者的疼痛，并改善其下肢功能和生活质量，但是这种方法与低强度脉冲超声治疗创伤性膝骨关节炎疗效差异的相关研究较少，因此作者回顾性收集了60例低强度聚焦超声与低强度脉冲超声治疗轻度创伤性膝骨关节炎的患者资料，通过比较疼痛评分、炎性因子与功能的差异，探索两种超声的治疗效果。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计对比观察临床研究。
1.2 时间及地点 2017年7月至2019年6月在兰州大学第二医院定西医院完成。
1.3 对象回顾性收集2017年7月至2019年6月在兰州大学第二医院定西医院进行治疗的轻度创伤性膝骨关节炎患者。
1.3.1 纳入标准 ①影像学证实存在膝骨关节炎[14]；②受损膝关节存在外伤史；③K-L分级为Ⅰ-Ⅱ级；④年龄≥18岁。
1.3.2 排除标准 ①膝关节存在先天性畸形、肿瘤等；②具有自身免疫系统性疾病；③患有严重的心脑血管等疾病；④严重感染性疾病、骨质疏松；⑤存在意识、精神或智力异常(障碍)者；⑥合并有其他炎症性关节炎；⑦孕产妇；⑧局部出血者；⑨活动性肺结核者；⑩感觉神经异常者。
试验共收集60例轻度创伤性膝骨关节炎患者，按治疗方法分为聚焦超声组和脉冲超声组，其中聚焦超声组(n=30)以低强度聚焦超声治疗，脉冲超声组(n=30)以低强度脉冲超声治疗。试验已获得患者的知情同意。
1.4 方法
1.4.1 聚焦超声治疗聚焦超声组患者坐姿，暴露患侧膝关节，以低强度聚焦超声治疗仪(Enraf-Nonius B.V.公司，许可证号国械注进20162234763)行聚焦超声刺激，治疗频率
1 kHz，功率≤5 W，正弦脉冲波，20 min/次，1次/d，5 d/周，持续8周[7]。
1.4.2 脉冲超声治疗脉冲超声组患者坐姿，暴露患侧膝关节，以低强度脉冲超声治疗仪(Exegon 3000+，法国Smith & Nephew公司)行脉冲超声刺激，治疗频率1 kHz，脉宽
20 ms，平均强度30 mW/cm2，20 min/次，1次/d，5 d/周，持续8周[12]。
1.4.3 药物治疗两组患者同时口服双氯芬酸钠75 mg(北京诺华制药有限公司，国药准字H11021640)，1次/d，持续8周。
1.4.4 疼痛评估治疗前以及治疗结束后当天、3个月时以目测类比评分评价疼痛。目测类比评分满分10分，分数越高，疼痛越严重[15]。
1.4.5 膝关节功能评价治疗前以及治疗结束后当天、3个月时以西安大略和麦克马斯特大学骨性关节炎指数(Western
Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index，WOMAC)评价患侧膝关节的功能。WOMAC分值越高，膝关节功能越差，即治疗效果越差[16]。
1.4.6 炎症因子检测治疗前以及治疗结束后当天、3个月时，取患者静脉血1.5 mL，分离血清，以ELISA试剂盒(R&D Systems)检测白细胞介素1β、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平[17]。
1.5 主要观察指标患者疼痛评分、膝关节功能以及血清炎症因子水平。
1.6 统计学分析各组数据均以x±s表示，以SPSS 22.0软件进行方差分析、t检验比较组间以及组内不同时间点的疼痛评分、膝关节功能以及血清炎症因子水平的差异，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

骨关节炎是最常见的关节炎类型，也是导致功能下降和生活质量下降的主要原因。根据临床观察，骨关节炎患者运动受限、僵硬和疼痛，伴有局部炎症。虽然骨关节炎在55-64岁的成年人中最为常见，但它可以在任何年龄组发生[18]。根据最新的中国流行病学调查，有症状的膝骨关节炎的患病率为8.1%，女性(10.3%)高于男性(5.7%)[19]，骨关节炎也是导致残疾的主要原因之一。
骨关节炎的主要治疗目标是控制关节疼痛和僵硬，改善功能，其常见治疗方法包括药物治疗和非药物治疗以及外科手术[20-21]。许多研究表明骨关节炎患者仅仅使用非类固醇抗炎药并不能获得足够的疼痛缓解[22]，近年来，医生越来越重视非药物治疗，包括治疗性超声、按摩疗法、激光治疗、水上有氧运动疗法、电针治疗等，以减轻骨关节炎相关疼痛[23]。超声一直被用作肌肉骨骼疾病的无创和安全的物理疗法[24-25]，与其他疗法不同，治疗性超声不仅可以缓解骨关节炎患者的症状，而且具有潜在的软骨愈合作用[26]，可以通过减轻疼痛、改善功能和生活质量，为膝骨性关节炎患者提供临床价值[1，27-28]。超声波作用于损伤组织后，可促进组织修复与重建，改善局部微循环，发挥治疗功能。相比于脉冲超声等，聚焦超声在超声发射过程中将多束超声波进行聚集，使得这种超声技术能够将能量聚集在特定区域，从而发挥更有效的治疗作用。由于聚焦超声的能量能够控制，操作的安全性较高，有利于临床应用[7-9]。
疼痛管理是医生在治疗膝骨关节炎时非常关注的问题[29-30]。目测类比评分是临床上应用较为广泛的疼痛主观评价方法。研究表明超声治疗骨关节炎能明显减轻关节肿胀，增加关节活动度，减轻炎症反应[31]。超声也可以作为一种有效的辅助方法，与其他疗法一起使用，以控制疼痛强度[12]。该研究两组患者经过目测类比评分评价，得出2种方法均能达到改善创伤性膝关节炎疼痛的目的，且低强度聚焦超声的效果更为明显，患者在治疗后3个月仍保持明显的治疗效果。研究显示，低强度聚焦超声具有较好的缓解创伤性膝关节疼痛的作用，其缓解疼痛的机制可能与低强度聚焦超声降低神经兴奋性、产生内源性镇痛物质、减少致痛物质有关，有待于进一步研究。
功能恢复是超声治疗膝关节骨关节炎的另一个主要结果。WOMAC评分是通过患者疼痛、僵硬、关节功能等创伤性膝关节炎相关症状及体征来评估其疾病严重程度或治疗效果的一种量表。既往研究认为，其在评估骨关节炎严重程度或治疗效果方面具有较高的可信度，同时也在临床上应用较为广泛，还有研究将其应用于韧带及半月板等损伤的评价[16]。基于WOMAC评分，该研究发现创伤性膝关节炎患者经超声治疗后，其膝关节功能得到明显的恢复，且聚焦超声组的恢复效果更为显著。在创伤性膝关节炎发病过程中，损伤的软骨细胞、成骨细胞以及滑膜组织等会产生多种炎性因子，如白细胞介素1β、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α等，这些因子可诱导炎症级联反应，对损伤的膝关节造成恶性影响[32]。在此次试验中，作者发现超声治疗可有效抑制这些炎性因子的合成，改善患者的疼痛情况，促进膝关节功能恢复，并提高生活质量。结果显示，在超声治疗后，白细胞介素1β、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平均显著降低，且治疗效果至少能持续3个月；同时与脉冲超声组相比，聚焦超声组血清白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平较低，说明其对炎症因子的抑制作用更为明显。由于白细胞介素1β、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α等多种炎性递质表达失调可引发膝关节炎症反应，并促进滑膜细胞增生。高水平炎性因子与关节病变的严重程度呈正相关，并且有研究认为其与膝骨关节炎滑膜炎性病变、关节软骨基质降解及干扰软骨细胞功能密切相关。因此推测超声可能通过抑制炎性因子的合成而发挥治疗作用，但其具体机制有待进一步研究确定。
既往研究发现有部分患者在超声治疗后，在治疗局部区域出现一过性水肿，但在2 d或3 d内即可快速恢复。但在此次试验中，两组患者均未报告这种现象，也未发现患者在超声治疗后出现其他的不良反应，因此认为2种超声治疗方法均是安全的。
综上，2种超声技术均能有效治疗轻度创伤性膝骨关节炎，且低强度聚焦超声在改善轻度创伤性膝骨关节炎疼痛、关节功能以及炎症方面效果更为显著。但是此次试验为回顾性研究且样本量较小，建议未来可开展多中心大样本前瞻性随机对照试验对结果进行进一步验证。同时目前随访时间只有3个月，在未来也会对不同超声的远期治疗效果进行比较。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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